[发明专利]掺杂型铈钛催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是一种铈物种掺杂的二氧化钛低温脱硝催化剂的制备方法，属于无机催化领域。

背景技术

脱硝催化剂是NH₃-SCR技术的关键。目前应用较为广泛的商用催化剂为V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，其活性温度窗口为300℃~400℃，该催化剂因其较好的催化活性和热稳定性而被广泛应用。但是，钒基催化剂活性温度窗口较窄，不能满足特殊工况下的使用。而且，高温下V₂O₅可将烟气中的SO₂氧化成SO₃，造成二次污染。除此之外，钒系催化剂废弃后易对环境及人体造成较为严重的损害。因此V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的进一步推广使用受到限制。因此对于活性温度窗口较宽、低温催化效果较好、环境友好型脱硝催化剂的开发显得十分必要。过渡金属元素氧化物催化剂、贵金属元素氧化物催化剂、稀土元素氧化物及分子筛催化剂受到学者的广泛研究。

研究表明，由于稀土金属氧化物具有未充满电子的4f轨道和镧系收缩等特征，其可表现出特殊的性能。稀土物种的存在可以有效的改变催化剂表面的酸碱性、修饰催化活性中心结构、提高催化剂的储/释氧能力、增强其结构稳定性和提高活性组分的分散度等^]。二氧化铈(CeO₂)作为稀土催化材料中的最重要组成部分,由于具有优异的氧化还原性能和较好的储/释氧能力以及良好的Ce³⁺/Ce⁴⁺切换能力，在NH₃-SCR反应中有着广泛的应用。CeO₂可作为催化剂的载体、助剂以及活性组分。

CeO₂作为活性组分负载在载体上表现出较好的催化活性，因此受到研究人员的广泛关注，研究人员对不同铈物种含量以及不同煅烧温度进行了研究。研究表明该催化剂在300℃时才可达到95%以上的催化活性，但是其低温段催化效果并不理想。也有研究人员通过引入助剂WO₃来提升催化剂的活性，但是因此便提高了整体催化剂的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产成本低、低温脱硝活性优异和活性温度窗口较宽的铈物种掺杂TiO₂的脱硝催化剂的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种掺杂型铈钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：向盛有无水乙醇的容器加入一定化学计量的硝酸铈并不断搅拌，待

完全溶解后，再缓慢加入钛酸四丁酯并不断搅拌，得到溶液A；

步骤2：将去离子水和冰醋酸的混合液缓慢加入无水乙醇中并搅拌，得到溶液B；

步骤3：将溶液B缓慢滴加到溶液A中并不断搅拌，然后将得到的溶胶置于烘箱中陈化，将所得凝胶干燥，并煅烧，即得所述掺杂型的CeO₂-TiO₂催化剂。

步骤1中，所述的乙醇和钛酸四丁酯的体积比为2~6；溶液A中元素摩尔比[Ce]/[Ti]=5%~30%；搅拌时间均为25~50min；搅拌温度均为20~40℃。

步骤2中，所述的冰醋酸与钛酸四丁酯的体积比为0.2~0.5；所述的去离子水和冰醋酸的体积比为0.5~2；搅拌时间为25~50min；搅拌温度为20~40℃。

步骤3中，所述的搅拌时间为40~120min；所述的搅拌温度为20~50℃；所述的陈化温度为20~60℃；所述的陈化时间为1~7天；所述的凝胶的干燥温度为80~150℃；所述的干燥时间为8~15h；所述的煅烧温度为400~600℃；所述的煅烧时间为2~4h。

本发明与现有技术相比其显著的优点是：

(1)本发明通过易于操作的溶胶凝胶法制备了铈物种掺杂的二氧化钛催化剂，该掺杂型催化剂表面铈物种和钛物种有较强的相互作用，且产生更多的Ce-□-Ti型氧空位；

(2)只有Ce-□-Ti型氧空位才能有效的吸附并活化氧气，产生更多的超氧自由基，从而使得超氧自由基与NO的反应更加迅速，产生更多的SCR中间产物硝基类物种，从而促进反应的进行；